Bunların hepsi iyi ve güzel, ama sorunlar var. Ve ekipmanla uyumluluk sorunları. Dolayısıyla Sata-2'nin Sata-3 ile geriye dönük uyumlu olduğu biliniyor. Bu doğrudur ve adildir ve sorun bu değildir, çünkü sorun anakartınızın sürücüde kullanılan belirli bir denetleyiciyle uyumluluğunda yatar veya belki de donanımınız bir SSD ile hiç düzgün çalışamaz. Belirli bir durumu ele alalım ve uygun sonuçları çıkaralım.

Asus K50IE dizüstü bilgisayarını yükseltmek istedim ve bir SSD almaya karar verdim. Seçim Kingston SSDNOW 300v'ye düştü. Para için oldukça iyi bir değer, bana bile tavsiye ettiler. Eve geliyorum, sabit disk yerine onu takıyorum ve komik şeyler gözlemlemeye başlıyorum. Windows 8 diski görüyor, ancak her seferinde kuruluyor ve kurulumdan sonra hiçbir şekilde önyükleme yapamıyor. 8.1 ve yedi diski hiç görmüyor. Bir tef ile dans ettikten sonra, 7ku görmek zorunda kaldı, ancak boşuna, kurulum askıda kaldı. Başka bir dizüstü bilgisayarda her şey yolundaydı ve sorunun diskte olmadığını anlamaya başladım, sorun Sata'daydı - nvidia nforce denetleyicisi. Bilgileri okumaya başladım ve yavaş yavaş net bir şekilde görmeye başladım, ama hala bir umut ışığı vardı. Dans ettikten sonra tefi bıraktım ve bu mucizenin üreticisiyle doğrudan iletişime geçmeye karar verdim. Geç oldu ve elbette kimse cevap vermedi. Tekrar dans ettim, bios'u sıfırladım, disk yazılımını güncellemeye çalıştım ama nafile. 8ka birkaç kez başlamasına rağmen, sonra durdu. Her şeyi bıraktım ve ertesi güne kadar beklemeye karar verdim. Sabah hemen Kingson'ı aradım. Çabucak hallettim ve diskin Sandforce denetleyicisine dayalı olması nedeniyle Sata denetleyicimde gerçekten sorunlar olduğunu söylediler. Phison çipinde çalışan başka bir sürücüye geçmem önerildi ve çalışması gerektiği söylendi. İlham aldım, oyunculuk yapmaya başladım.

Hemen manazini aradım, durumu açıkladım, gittim, Kingston Hyperx vahşi diskiyle değiştirdim. Ücretli, getirildi. Bu cihaz kesinlikle daha sağlam görünüyor, ayrıca kitte işletim sistemini SSD'ye klonlama olasılığı için Acronis True Image'a ücretsiz bir anahtar veriyorlar. Dizüstü bilgisayara koydum, durum değişiyor. 8ka koyulacak gibi oldu ama sonra asıldı, 7ka ve 8.1 yine de görmek istemedi. Yeni danslar başladı. Sonra işletim sistemini klonlamaya karar verdim, klonladım ama yüklenirken askıda kaldı. Zaman geçti ve farkındalık giderek daha fazla geldi. Yeterince acı çektikten sonra dizüstü bilgisayar üreticisini aradım ve bana dizüstü bilgisayarın resmi olarak SSD'yi desteklemediğini ve büyük olasılıkla sorun olacağını söylediler. İade için hemen mağazaya yazdım. Olumlu cevap verdiler, akşam gittiler ve geçtiler.

Genel olarak, sorun beklemedikleri yerden geldi. Daha önce hiçbir yerde böyle bir felaketle karşılaşmadım, bunu görmedim, ama burada kişisel deneyimimden bir eğlence paketi aldım. Asus'un bu konuda yazmaması, SSD üreticilerinin yazmaması, satıcıların söylememesi ve birçoğunun da bilmemesi çok yazık. Ve başım belaya girdikten sonra öğrenmek zorunda kaldım, neyse ki her şey yolunda gitti!

Bundan ne gibi sonuçlar çıkarılabilir? Evet, çok basit. Bir SSD satın almadan önce, ne tür bir Sata denetleyiciniz olduğunu öğrenin, diskin, anakartın, dizüstü bilgisayarın üreticisine başvurun, her şeyi netleştirin, belki sizi gereksiz bir satın alma konusunda uyaracak ve zamandan ve paradan tasarruf edecek, çünkü her şeyin garantisi ile Her yerde istediğim kadar pürüzsüz değil. Şahsen ben şanslıydım ve aslında ücretsiz bir deneme yaptım. Umarım bu konuda benim adımlarımı izlemezsiniz, ancak önce satın alacağınız disk ve uyumluluğu hakkında her şeyi öğrenecek ve ancak ondan sonra satın almaya karar vereceksiniz. Sana başarılar diliyorum. Uyanık ve dikkatli olun. Tekrar görüşürüz.

SSD pazarı giderek daha çeşitli hale geliyor. SSD sürücülerinin kapasitesi artıyor ve aynı zamanda gigabayt bellek başına fiyat düşüyor. Ancak, SSD sürücülerin popüler hale geldiğini söylemek için henüz erken. Bunun ana nedeni, kapasitelerinin düşük (geleneksel HDD'ye kıyasla) ve gigabayt bellek başına çok yüksek (yine geleneksel HDD'ye kıyasla) maliyetidir. Bu nedenle, bir ev masaüstü bilgisayarında bir SSD sürücüsünün varlığı, kuralın daha çok bir istisnasıdır. Ayrıca, netbook'larda ve dizüstü bilgisayarlarda bile SSD sürücüler hala oldukça nadirdir. Aynı zamanda, veri depolama sistemlerinin geleceğinin, HDD sürücülerini pazardan daha da uzaklaştıracak olan SSD sürücülerde yattığı zaten açıktır. Ne zaman olacak? Evet, aslında, kapasite ve maliyet açısından HDD'lerle karşılaştırılabilir hale gelir gelmez. O zaman SSD'lerin bir dizi özelliği olduğundan, ikincisi bir sınıf olarak kaybolacaktır. inkar edilemez avantajlar HDD'lerin önünde.
Bu yazıda, bazen birçok soruya ve şaşkınlığa neden olan modern SSD sürücülerin işleyişinin bazı özelliklerini ele alacağız, mimarilerinin özellikleri ve bu sürücüleri dizüstü bilgisayarlarda, PC'lerde kullanmanın olası seçeneklerinden bahsedeceğiz. ve sunucular.

SSD sürücülere geçişin önemi

Bir bilgisayarın bilgi işlem yeteneklerini belirleyen modern merkezi işlemcilerin performansı, geleneksel sabit disk sürücülerinin (HDD'ler) performansını önemli ölçüde aşmaktadır. Sonuç olarak, genel olarak bilgisayar performansının büyümesini engelleyen çoğu durumda darboğaz haline gelen veri depolama alt sistemleridir. RAID dizilerine dayalı pahalı çözümlerin kullanılması, işlemcilerin ve HDD tabanlı depolama alt sistemlerinin performansındaki dengesizlik sorununu yalnızca kısmen çözer. Ve gelecekte, işlemcilerin ve HDD'lerin performansındaki dengesizlik sadece artacak ve kaçınılmaz olarak, bir bilgisayarın birçok uygulamadaki performansının artık işlemcinin performansı tarafından belirlenmeyeceği, bunun yerine dinleneceği sonucuna varacağız. en zayıf halkada - veri depolama alt sistemi. Böylece, 1996'dan bu yana, işlemcilerin ortalama performansı 175 kat artarken, HDD'lerin performansı (20 KB boyutundaki blokların seçici olarak okunması anlamına gelir) yalnızca 1,3 kat arttı.

Günümüzde bu sorunu çözmenin tek yolu HDD'lerden flash belleğe dayalı SSD'lere (Katı Hal Sürücüler) geçmektir. Bu sürücüler, günümüzün çok çekirdekli işlemcilerinin performansıyla tam olarak eşleşen bir performans düzeyi sunma yeteneğine sahiptir.

Yine de, yüksek performans- SSD sürücülerin tek avantajı bu değildir. Ayrıca hareketli parçaları olmadığı için tamamen sessizdirler ve özellikle dizüstü bilgisayarlar için HDD'lerden çok daha az güç kullanırlar. Bu nedenle, aktif modda geleneksel bir 2,5 inç HDD'nin güç tüketimi, boş modda (Boşta) yaklaşık 2,5-3 W ve yaklaşık 0,85-1 W'dir. HDD aktif değilse bir süre sonra (ayarlara bağlı olarak) düşük güç moduna (Bekleme veya Uyku) geçer ve bu moddan çıktığında dönmesi yaklaşık 1-2 saniye sürer. Aktif modda bir SSD'nin (sunucu olmayan) tipik güç tüketimi yaklaşık 0,15 W ve boş modda - 0,06 W. Ayrıca, uygun şekilde yapılandırıldığında, disk 25 ms boyunca etkin değilse, etkin moddan düşük güç moduna geçiş otomatik olarak gerçekleşir. Ve bu diskler neredeyse anında açılıyor çünkü döndürecek hiçbir şeyleri yok. Bir SSD'nin otomatik olarak düşük güç moduna geçmesi için kayıt defterinde Aygıt Tarafından Başlatılan Güç Yönetimi (DIPM) özelliğini etkinleştirmeniz gerektiğini unutmayın, çünkü sürücünün kendisi yaptığında Ana Bilgisayar Tarafından Başlatılan Güç Yönetimi (HIPM) özelliği varsayılan olarak ayarlanmıştır. düşük güç moduna geçişi ve işletim sistemini kontrol etmez.

SSD sürücüler, arızalar arasındaki ortalama süre (MTFB) gibi özellikler açısından geleneksel HDD sürücülerinden daha düşük değildir. Dolayısıyla, HDD için arızalar arasındaki ortalama süre yaklaşık 300 bin saat ise, SSD sürücüler için bir milyon saatin üzerindedir.

Öyle görünüyor ki, SSD'lerin avantajları bu kadar açıksa, neden hala yaygın olarak kullanılmadılar? Ne yazık ki, SSD sürücülerin de ciddi dezavantajları vardır. Her şeyden önce, modern SSD'ler kapasite açısından HDD'lerle karşılaştırılamaz. Bu nedenle, HDD'lerin (3,5 inç) kapasitesi 3 TB'a ulaşırsa, SSD'lerin (2,5 inç) maksimum kapasitesi yalnızca 512 GB'dir. Doğru, 2,5 inç SSD ve HDD sürücülerini karşılaştırırsak, kapasiteleri oldukça karşılaştırılabilir.

SSD sürücülerin ikinci dezavantajı, HDD'lerden birkaç kat daha yüksek olan maliyetleridir.

Ancak SSD'lerin kapasitesi ile ilgili olarak, her şey göründüğü kadar kötü değildir. SSD depolama kapasitesi, HDD depolama kapasitesinden çok daha hızlı büyüyor ve SSD depolamanın HDD depolama kapasitesini aşacağı gün çok da uzak değil. İşte bunu kanıtlamak için bazı ilginç istatistikler. 2006 yılında SSD pazarının önde gelen oyuncularından Intel, kapasiteleri 1 veya 2 Gb iken, 90nm işlem teknolojisini kullanan SSD'ler için NAND flash bellek yongaları üretti. 2009'da Intel, zaten 34 nm işlem teknolojisinde flash bellek yongaları piyasaya sürdü ve yongaların kapasitesi 32 Gbps olmaya başladı. 2010 yılında şirket, 64Gb flash bellek yongaları için 25nm üretim sürecinde uzmanlaştı. Gördüğünüz gibi, SSD sürücüler için flash bellek yongalarının kapasitesinin büyüme hızı etkileyici: aslında her yıl ikiye katlanıyor. Çok yakında SSD'lerin sayısı HDD'leri geçecek.

Şunu da belirtmek gerekir ki SSD'lerin yaygın kullanımı henüz çok uzak olsa da SSD'lerin hiç satın alınmadığını söylemek doğru değildir. İstatistikler şöyle: 2008'de dünyada sadece 700.000 SSD satıldı, 2009'da satış hacmi zaten 2 milyon adetti ve bu yıl tahminlere göre 5,9 milyon adete ulaşacak. 2013 yılına kadar SSD sürücüleri pazarının 61,8 milyon adet olacağı varsayılmaktadır.

Dolayısıyla, SSD sürücüler için satış tahminleri çok iyimser, ancak asıl soruya cevap vermiyorlar: SSD sürücülerin kapasitesi hala yeterince yüksek olmadığında ve maliyetleri hala çok yüksekken kullanıcılar bugün ne yapmalı? Ev kullanıcıları hakkında konuşuyorsak, elbette, SSD takmak için HDD'leri atmanın bir anlamı yok. Ancak yine de SSD sürücüleri kullanarak bilgisayarınızın performansını artırabilirsiniz. En uygun çözüm, masaüstü bilgisayarın bir SSD ve bir veya daha fazla HDD kombinasyonunu kullanmasıdır. İşletim sistemini ve tüm programları SSD üzerine kurabilir (80 GB disk bunun için yeterli olacaktır) ve HDD'yi veri depolamak için kullanabilirsiniz.

Flaş Hücre Cihazı

Söylediğimiz gibi SSD'lerin en büyük avantajı HDD'lere göre daha yüksek performans göstermeleri ama sıralı ve seçici okuma ve yazma hızları gibi belirli özellikler verilmemiş. Bununla birlikte, SSD sürücülerinin hız özelliklerini ve ayrıca SSD sürücü türlerini dikkate almadan önce, mimarilerinin özelliklerini ve bu sürücülere bilgi okuma ve yazma sürecini tanımanız gerekir. İle başlayalım Kısa Açıklama flash bellek hücre yapıları.

En basit düzeyde, bir flash bellek hücresi n- sözde kayan kapılı kanal MOSFET-transistör. Her zamanki gibi hatırla n-kanal MOSFET transistör (yapı n-p-n) iki durumda olabilir: açık ve kilitli (kapalı). Drenaj ve geçit arasındaki voltajı kontrol ederek bir elektron iletim kanalı oluşturulabilir ( n-kanal) kaynak ve drenaj arasında (Şekil 1). İletim kanalının oluştuğu gerilime eşik gerilimi denir. Bir iletim kanalının varlığı, transistörün açık durumuna karşılık gelir ve yokluğu (transistör kaynaktan drenaja akım iletemediğinde) - kilitlenir.

Pirinç. 1. MOSFET cihazı (açık ve kapalı durum)

Açık durumda, drenaj ile kaynak arasındaki voltaj sıfıra yakındır ve kapalı durumda yüksek bir değere ulaşabilir. Tabii ki, transistörün kendisi bilgi depolama yeteneğine sahip değildir. Aslında, kayan deklanşör bilgi depolamak için tasarlanmıştır (Şekil 2). Polikristal silikondan yapılmıştır ve tamamen transistörün elemanları ile elektriksel temasın tamamen olmamasını sağlayan bir dielektrik tabaka ile çevrilidir. Yüzer kapı, kontrol kapısı ile aşağıdakilerden yapılmış alt tabaka arasında bulunur. p-n-geçişler. Böyle bir deklanşör, üzerine yerleştirilen yükü (negatif) sınırsız bir süre (10 yıla kadar) saklayabilir. Yüzer geçitte aşırı negatif yükün (elektronların) varlığı veya yokluğu, mantıksal bir ve sıfır olarak yorumlanabilir.

Pirinç. 2. Yüzer kapı transistör cihazı ve bir bellek hücresinin içeriğini okuma

İlk olarak, yüzer geçitte elektron olmadığındaki durumu düşünün. Bu durumda transistör, daha önce tartışılan geleneksel transistör gibi davranır. Kontrol kapısına eşik değerine eşit bir pozitif voltaj (bellek hücresi başlatma) uygulandığında, kapı bölgesinde bir iletim kanalı oluşturulur - ve transistör açık duruma geçer. Yüzer kapı üzerine aşırı bir negatif yük (elektron) yerleştirilirse, kontrol kapısına eşik voltajı uygulandığında bile, kontrol kapısı tarafından oluşturulan elektrik alanını telafi eder ve iletim kanalının oluşmasını engeller, yani, transistör kapalı durumda olacaktır.

Bu nedenle, yüzer kapı üzerinde bir yükün varlığı veya yokluğu, kontrol kapısına aynı eşik voltajı uygulandığında transistörün durumunu (açık veya kapalı) benzersiz şekilde belirler. Kontrol kapısına voltaj beslemesi, bellek hücresinin başlatılması olarak yorumlanırsa, kaynak ile boşaltma arasındaki voltaj, kayan kapı üzerinde bir yükün varlığını veya yokluğunu yargılamak için kullanılabilir.

Yani, kapı üzerinde bir kontrol voltajının yokluğunda, yüzer kapı üzerinde bir yükün bulunup bulunmadığına bakılmaksızın, transistör her zaman kapalı olacaktır ve kapıya bir eşik voltajı uygulandığında, durumu transistör, kayan kapı üzerinde bir yükün varlığı ile belirlenecektir: eğer bir yük varsa, transistör kapanacak ve çıkış voltajı yüksek olacaktır; şarj yoksa, transistör açılacak ve çıkış voltajı düşük olacaktır.

Transistörün kapalı durumu (bir iletim kanalının yokluğu) genellikle mantıksal bir sıfır olarak yorumlanır ve açık durum (bir iletim kanalının varlığı) mantıksal bir birim olarak değerlendirilir. Bu nedenle, bir bellek hücresini başlatırken (kapıya bir eşik voltajı uygulayarak), kayan kapı üzerinde bir yükün varlığı mantıksal sıfır olarak yorumlanır ve yokluğu mantıksal bir sıfır olarak değerlendirilir (tabloya bakın).

Bir bilgi bitini depolayabilen bir tür temel bellek hücresi ortaya çıkıyor. Bu durumda, yüzer kapı üzerindeki yükün (varsa) hem bellek hücresinin başlatılması sırasında hem de kontrol kapısında voltaj olmadığında keyfi olarak uzun bir süre korunabilmesi önemlidir. Bu durumda, bellek hücresi kalıcı olacaktır. Geriye sadece kayan kapıya nasıl yük koyacağınızı (bellek hücresinin içeriğini yazın) ve oradan çıkarın (bellek hücresinin içeriğini silin) ​​bulmak kalır.

Yük, ya sıcak elektron enjeksiyon yöntemiyle (CHE-Channel Hot Electrons) ya da Fowler-Nordheim tünelleme yöntemiyle (Şekil 3) yüzer kapıya yerleştirilir. Yük yalnızca Fowler tünelleme yöntemiyle kaldırılır.

Pirinç. 3. Bir bilgi bitini kayan bir geçit transistörüne yazma ve silme işlemi

Sıcak elektron enjeksiyonu yöntemini kullanırken, kanaldaki elektronlara kanaldaki elektronların oluşturduğu potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiyi vermek için tahliye ve kontrol kapısına yüksek bir voltaj uygulanır (kontrol kapısına eşik değerinden daha yüksek bir voltaj uygulanır). ince bir dielektrik katman ve kayan kapı bölgesine tünel (okuma sırasında kontrol kapısına daha az voltaj uygulanır ve tünel etkisi gözlenmez).

Yükü yüzer geçitten çıkarmak için (bellek hücresini silme işlemi), kontrol kapısına yüksek bir negatif voltaj uygulanır ve kaynak bölgeye pozitif bir voltaj uygulanır. Bu, elektronların kayan geçit bölgesinden kaynak bölgeye tünel açmasına neden olur (Fowler-Nordheim (FN) kuantum tünelleme).

İncelediğimiz kayan geçit transistörü, flash belleğin birim hücresi olarak işlev görebilir. Bununla birlikte, tek transistörlü hücreler, başlıca zayıf ölçeklenebilirlik olan bir dizi önemli dezavantaja sahiptir. Gerçek şu ki, bir bellek dizisi düzenlerken, her bir bellek hücresi (transistör) iki dikey veriyoluna bağlanır: kontrol kapıları - kelime satırı adı verilen bir veriyoluna ve tahliyeler - bit satırı adı verilen bir veriyoluna (gelecekte, bu organizasyon, NOR -mimarisi örneği kullanılarak ele alınacaktır). Sıcak elektron enjeksiyon kaydı sırasında devrede yüksek voltajın bulunması nedeniyle, tüm satırlar - kelimeler, bitler ve kaynaklar - gerekli izolasyon seviyesini sağlamak için birbirinden yeterince büyük bir mesafeye yerleştirilmelidir, bu da doğal olarak sınırlamayı etkiler. flaş bellek.

Tek transistörlü bellek hücresinin diğer bir dezavantajı, yazma işlemi tarafından telafi edilemeyen yüzer geçitten aşırı yük kaldırma etkisidir. Sonuç olarak, yüzer kapıda pozitif bir yük oluşur ve transistör her zaman açık kalır.

Silicon Storage Technology, Inc. tarafından geliştirilen SST hücresi (Şekil 4) gibi diğer bellek hücresi türleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. SST hücresinin transistöründe, yüzer ve kontrol kapılarının şekilleri değiştirilmiştir. Kontrol kapısı, kenarı ile tahliyenin kenarı ile hizalıdır ve kavisli şekli, yüzer bir kapının kısmen altına ve aynı anda kaynak bölgenin üstüne yerleştirilmesine olanak tanır. Yüzer kapının böyle bir düzenlemesi, bir yandan, sıcak elektron enjeksiyonu yöntemiyle üzerine bir yük yerleştirme sürecini basitleştirmeyi ve diğer yandan, nedeniyle yükü kaldırma işlemini mümkün kılar. Fowler-Nordheim tünelleme etkisi.

Pirinç. 4. SST bellek hücresinin yapısı

Yük kaldırıldığında, elektronların tünellenmesi, tek transistörlü hücrede olduğu gibi kaynak bölgesinde değil, kontrol kapısı bölgesinde meydana gelir. Bunu yapmak için kontrol kapısına yüksek bir pozitif voltaj uygulanır. Kontrol kapısı tarafından oluşturulan elektrik alanının etkisi altında, elektronlar, kenarlara doğru kavisli şekli ile kolaylaştırılan yüzer kapıdan tünellenir.

Yüzer kapıya bir şarj yerleştirildiğinde, tahliye topraklanır ve kaynağa ve kontrol kapısına pozitif bir voltaj uygulanır. Bu durumda, kontrol kapısı bir iletim kanalı oluşturur ve boşaltma ile kaynak arasındaki voltaj elektronları "hızlandırır" ve onlara potansiyel engeli aşmak, yani yüzer kapıya tünel açmak için yeterli enerji verir.

Tek transistörlü bir bellek hücresinden farklı olarak, SST hücresi, bellek dizisini düzenlemek için biraz farklı bir şemaya sahiptir.

Çok seviyeli ve tek seviyeli flash bellek hücreleri

Şimdiye kadar tartışılan tüm bellek hücresi türleri, hücre başına yalnızca bir bit bilgi depolayabilir. Bu tür bellek hücrelerine tek seviyeli (Single Level Cell, SLC) denir. Bununla birlikte, her biri birkaç bit depolayan bu tür hücreler de vardır - bunlar çok seviyeli hücreler veya MLC'dir (Çok Seviyeli Hücre).

Tek transistörlü bir bellek hücresini tarif ederken zaten belirtildiği gibi, mantıksal bir birimin veya sıfırın varlığı, bit hattındaki voltajın değeri ile belirlenir ve kayan geçit üzerinde bir yükün varlığına veya yokluğuna bağlıdır. Kontrol kapısına bir eşik voltajı uygulanırsa, yüzer kapı üzerinde bir yük olmadığında, mantıksal bir birime karşılık gelen transistör açıktır. Yüzer kapı üzerinde, kontrol kapısı tarafından oluşturulan alanı alanıyla koruyan negatif bir yük varsa, transistör mantıksal sıfıra karşılık gelen kapalı durumdadır. Yüzer kapı üzerinde negatif bir yükün varlığında bile, transistörün açık duruma geçebileceği açıktır, ancak bunun için kontrol kapısına eşik değerini aşan bir voltaj uygulamak gerekli olacaktır. Bu nedenle, yüzer kapı üzerinde bir yükün yokluğu veya varlığı, kontrol kapısı üzerindeki voltajın eşik değeri ile değerlendirilebilir. Eşik voltajı, yüzer kapıdaki yükün değerine bağlı olduğundan, yalnızca iki sınırlayıcı durumu - bir yükün yokluğu veya varlığı - belirlemek değil, aynı zamanda yük miktarını eşik voltajının değerine göre yargılamak da mümkündür. . Böylece, yüzer kapı üzerine, her biri kendi eşik voltaj değerine sahip farklı sayıda şarj seviyesi yerleştirmek mümkünse, bir bellek hücresinde birkaç bilgi biti saklanabilir. Örneğin, böyle bir transistör kullanarak bir hücrede 2 biti depolamak için dört eşik voltajı arasında ayrım yapmak, yani yüzer kapıya dört farklı şarj seviyesi yerleştirebilmek gerekir. Ardından dört eşik voltajının her birine iki bit kombinasyonu atanabilir: 00, 01, 10, 11.

Bir hücrede 4 bit yazabilmek için zaten 16 eşik voltajını ayırt etmek gerekir.

MLC hücreleri Intel tarafından aktif olarak geliştirilir, bu nedenle MLC hücrelerine dayalı bellek teknolojisine Intel StrataFlash denir.

SLC bellek hücrelerinin daha yüksek okuma ve yazma hızları sağladığını unutmayın. Ek olarak, daha dayanıklıdırlar, ancak bunlara dayanan SSD'ler daha pahalıdır, çünkü MLC ve SLC bellek hücrelerine dayanan aynı SSD'lerin kapasitesiyle, bir MLC diskindeki bellek hücrelerinin sayısı yarı yarıya olacaktır ( dört seviyeli hücre hafızası durumu). Bu nedenle SLC bellek hücrelerine dayalı SSD'ler çoğunlukla sunucularda kullanılır.

Flash Dizi Mimarisi

Bir bit bilgi depolayabilen, kayan bir geçit transistörüne dayalı olarak düşündüğümüz en basit flash bellek hücresi, kalıcı bellek dizileri oluşturmak için kullanılabilir. Bunun için çok sayıda hücreyi uygun bir şekilde tek bir dizide birleştirmeniz, yani bir bellek mimarisi oluşturmanız yeterlidir.

Birkaç tür flash bellek mimarisi vardır, yani bellek hücrelerini tek bir dizide birleştirmenin yolları vardır, ancak en yaygın olarak NOR ve NAND mimarileri kullanılır. SSD'lerin NAND tipi bellek organizasyonu kullandığını unutmayın, ancak bu mimarinin özelliklerini daha iyi anlamak için önce daha basit bir NOR mimarisini düşünmek mantıklıdır. Ayrıca flash bellekte kullanılan ilk mimari NOR mimarisiydi.

NOR mimarisi (Şekil 5) bellek hücrelerini bir dizide birleştirmenin paralel bir yolunu ifade eder. Daha önce belirtildiği gibi, bir bellek hücresini başlatmak, yani hücrenin içeriğine erişmek için kontrol kapısına bir eşik voltaj değeri uygulamak gerekir. Bu nedenle, tüm kontrol kapıları Word Line adı verilen bir kontrol hattına bağlanmalıdır. Bellek hücresinin içeriğinin analizi, transistörün tahliyesindeki sinyal seviyesi tarafından gerçekleştirilir. Bu nedenle transistörlerin drenleri Bit Hattı adı verilen bir hatta bağlanır.

Pirinç. 5. NOR mimarisi

NOR mimarisi, adını "OR-NOT" mantıksal işlemine borçludur (İngilizce kısaltması - NOR). Birden çok işlenen üzerindeki mantıksal NOR işlemi, tüm işlenenler sıfır olduğunda bir değeri ve diğer tüm durumlarda sıfır değeri üretir. AT bu durum Genel olarak transistörleri bağlama ilkesini kastediyorum, özel olarak kayan kapı transistörlerini değil.

Örnek olarak, aynı bit hattına bağlı birkaç transistörü (kayan kapı olmadan) düşünün (Şekil 6). Bu durumda, en az bir transistör açıksa, bit hattındaki çıkış voltajı düşük olacaktır. Ve sadece tüm transistörlerin kapalı olması durumunda, bit hattındaki voltaj yüksek olacaktır. "OR-NOT" (NOR) mantıksal fonksiyonunun doğruluk tablosuna karşılık gelen, transistörlerin kapılarındaki giriş voltajlarının ve bit hattındaki çıkış voltajının doğruluk tablosunu alıyoruz. Bu nedenle böyle bir transistör kombinasyonuna NOR denir.

Pirinç. 6. NOR transistör bağlantısı

NOR mimarisi herhangi bir bellek hücresine rastgele hızlı erişim sağlar, ancak yazma (sıcak elektron enjeksiyon yöntemini kullanarak) ve bilgileri silme işlemleri oldukça yavaştır. Ayrıca NOR mimarisine sahip flash bellek yongalarının üretiminin teknolojik özelliklerinden dolayı hücre boyutu büyük olduğundan bu bellek iyi ölçeklenememektedir.

Diğer bir yaygın flash bellek mimarisi, mantıksal NAND işlemine karşılık gelen NAND mimarisidir (Şekil 7). NAND işlemi, yalnızca tüm işlenenler sıfır olduğunda sıfır değeri ve diğer tüm durumlarda bir değeri üretir. NAND mimarisi, her bir transistörün tahliyesinin bitişik bir transistörün kaynağına bağlı olduğu ve seri olarak bağlanmış birkaç transistör serisinde, bunlardan sadece birinin bit hattına bağlı olduğu seri bir transistör bağlantısını ifade eder. Ayrıca, bağlantı mimarisi düşünüldüğünde, özellikle yüzer geçit transistörlerinden bahsetmiyoruz.

Pirinç. 7. NAND mimarisi

Seri olarak bağlanmış (yüzer bir geçit olmadan) bu tür bir transistör grubunu düşünün (Şekil 8). Tüm transistörlerin kapılarındaki kontrol voltajı eşik değerine eşitse, tüm transistörler açık durumdadır ve çıkış voltajı (bit hattındaki voltaj) düşük olacaktır, bu da mantık sıfırına karşılık gelir. En az bir transistördeki giriş voltajı düşükse (eşik değerinin altında), yani en az bir transistör kapalı durumdaysa, bit hattındaki voltaj yüksek olacaktır, bu da mantıksal bir birime karşılık gelir. Transistörlerin kapılarındaki giriş voltajlarının (kelime satırındaki voltajlar) ve bit satırındaki çıkış voltajının, "NAND" (NAND) mantıksal fonksiyonunun doğruluk tablosuna karşılık gelen doğruluk tablosunu alırız. Bu nedenle böyle bir transistör kombinasyonuna NAND denir.

Pirinç. 8. NAND şemasına göre transistörlerin bağlantısı

Yüzer geçit NAND bağlantı şemasında, geleneksel transistörler (yüzer geçit olmadan), her iki uçta seri olarak bağlanmış bir transistör grubuna bağlanır; bu, transistör grubunu hem topraktan hem de bit hattından izole eder ve tüm transistör grubunu birbirine bağlar. bit satırı başlatıldıklarında.

NOR mimarisi ile karşılaştırıldığında, bu mimari özellikleri nedeniyle teknolojik süreçüretim (bitişik transistörlerin drenajlarını ve kaynaklarını ve çok daha az sayıda iletkeni birleştirmek), daha kompakt bir transistör düzenlemesine izin verir ve bu nedenle iyi ölçeklenir. NAND mimarisinde bilgilerin sıcak elektron enjeksiyon yöntemi kullanılarak yazıldığı NOR mimarisinden farklı olarak, kayıt FN tünelleme yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir, bu da NOR mimarisine göre daha hızlı kayıt gerçekleştirmeyi mümkün kılar.

Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: NAND mimarisinde tek bir bellek hücresine nasıl erişilir (hücrenin içeriğini okuyun)? Gerçekten de, böyle bir seri bağlı gruptaki transistörlerden en az biri kapalı durumdaysa (bu, ilgili transistörün kayan kapısı üzerinde bir yükün varlığı olarak yorumlanabilir), o zaman bit hattındaki voltaj kalan hücrelerin durumu ne olursa olsun yüksek olmalıdır. Belirli bir hücreye erişmek için, o hücreye karşılık gelen transistörün kapısına sadece bir eşik voltajı uygulamak ve bit hattındaki voltajı ölçmek yeterli değildir. Diğer tüm transistörlerin açık durumda olması da gereklidir. Bunun için içeriğinin okunması gereken bellek hücresine karşılık gelen transistörün kapısına bir eşik voltaj değeri verilir ve diğer tüm transistörlerin kapılarına eşik değerini aşan ve bir hücre oluşturmaya yetecek bir voltaj verilir. İletim kanalında yüzen kapı üzerinde bir yük olsa bile, ancak yüklerin kuantum tünelleme etkisi için yetersizdir. Bu durumda, tüm bu transistörler açık duruma geçer ve bit hattındaki voltaj, erişilen bellek hücresine karşılık gelen transistörün kayan kapısı üzerinde bir yükün varlığı veya yokluğu ile belirlenir.

NAND flash belleğin mantıksal yapısı

Daha önce belirttiğimiz gibi, SSD'ler NAND tipi flash bellek kullanır, bu nedenle gelecekte yalnızca NAND flash belleğe odaklanacağız.

Flash belleğin tek bir hücreyi okuma, yazma ve silmeye izin vermesine rağmen, daha fazlası için etkili kullanım temel bellek hücreleri, dört seviyeli bir yapıya sahip diziler halinde birleştirildi. En alt düzeyde bir temel bellek hücresi vardır ve 4 KB veri içeren bir dizide birleştirilen temel hücrelere bellek sayfası denir. Bu tür 128 sayfa 512 KB'lık bir bellek bloğu oluşturur (bazen 64 sayfa bir bellek bloğuna dahil edilir) ve 1024 blok 512 MB'lık bir dizi oluşturur. Bu nedenle, hücreleri diziler halinde birleştirmenin mantıksal yapısı oldukça basittir. Sayfa, sabit sürücüdeki bir küme (sektör) gibidir ve flash belleğin işleyebileceği minimum veri boyutunu temsil eder. Ancak kümeler arasında sabit disk ve bir sayfa flash bellek, okuma, yazma ve silme işlemlerini gerçekleştirirken temel bir fark vardır. Yani bir küme bir sabit diskte okunabiliyor, yazılıyor ve silinebiliyorsa, o zaman flash bellekte 4 KB'lık sayfalarda okuma ve yazma işlemleri mümkündür ve verilerin silinmesi sadece 512 KB'lık bloklarda mümkündür. Üstelik bilgiler sayfaya yazıldıktan sonra temizlenene (silinene) kadar üzerine yazılamaz.

SSD sürücülerinde veri yazma işlemlerinin özellikleri

Dolayısıyla, daha önce de belirttiğimiz gibi, NAND flash belleğe veri yazmak ve okumak 4 KB'lık sayfalarda mümkündür ve verileri silmek sadece 512 KB'lik bloklarda mümkündür. Genel olarak SSD'lere bilgi yazma süreci, HDD'lerle aynı süreçten çok farklıdır. Bunun nedeni, örneğin, SSD'lerin performansının zaman içinde değişmesi ve flash belleğe sıralı ve seçici erişim hızlarının birbirinden farklı olmasıdır. Bu olguları açıklamak için HDD ve SSD disklere yazma işlemlerine daha yakından bakalım.

zor durumda HDD sürücüleri Sabit disk yönetim sistemi tarafından işletilen en küçük bilgi birimine sektör veya blok denir. HDD'de sektör boyutu 4 KB (daha yeni modellerde) veya 512 bayttır. Diskteki sektörleri (blokları) adreslemek için, sabit diskte adreslenen her bloğun kendi seri numarasına sahip olduğu LBA (Mantıksal Blok Adresleme) yöntemi kullanılır - sıfırdan başlayan bir tam sayı (yani, ilk blok LBA = 0, ikinci LBA = 1, vb.). Bir diskteki LBA bloklarının sayısı, silindirlerin, izlerin, sektörlerin ve okuma/yazma kafalarının sayısına göre belirlenir. Böylece, LBA blok numarası aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

LBA = [(Silindir x No_of_heads + Heads) x Sektörler/iz] + )